Aplicaci n industrial de los pulsos el ctricos de alto voltaje para la pasteurizaci n de alimentos revisi n de su viabilidad t cnica y comercial

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Aplicación industrial de los pulsos eléctricos de
alto voltaje para la pasteurización de alimentos:
revisión de su viabilidad técnica y comercial
E. Puértolas, I. Álvarez, J. Raso & I. Martínez de Marañón
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industrial de los pulsos eléctricos de alto voltaje para la pasteurización de alimentos:
revisión de su viabilidad técnica y comercial, CyTA - Journal of Food, 11:1, 81-88, DOI:
10.1080/19476337.2012.693542
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REVIEW
Aplicación industrial de los pulsos eléctricos de alto voltaje para la pasteurización de alimentos:
revisión de su viabilidad técnica y comercial
Industrial application of pulsed electric field for food pasteurization: review of its technical and
commercial viability
E. Puértolasa*, I. Álvarezb, J. Rasob and I. Martı́nez de Marañóna
aUnidad de Investigación Alimentaria, AZTI-Tecnalia, Astondo Bidea, Edificio 609, Parque Tecnológico de Bizkaia, 48160 Derio,
Bizkaia, España; bTecnologı́a de los Alimentos, Facultad de Veterinaria, Universidad de Zaragoza, c/Miguel Servet, 177, 50013
Zaragoza, Zaragoza, España
(Received 1 February 2012; final version received 7 May 2012)
Novel technologies have received considerable attention for their potential to improve or replace existing processes in the food
industry. Particular significance is given to techniques that could maintain or improve the food quality and safety and/or decrease
the production costs. One of the most promising technologies that could reach these goals is pulsed electric field (PEF). This article
reviews the viability of industrial application of PEF for liquid food pasteurization, considering technical, environmental, economic,
and commercial point of view. The major advances and the future challenges for the successful industrial implementation of PEF in
the food industry are highlighted.
Keywords: microbial inactivation; PEF; industrial application; consumer acceptance; economic cost; environmental impact
En las últimas décadas, la industria alimentaria ha experimentado un importante avance tecnológico que se refleja en el desarrollo de
nuevas técnicas y procesos de elaboración. Especialmente han cobrado particular importancia aquellas tecnologı́as que permiten
obtener alimentos seguros, alterando mı́nimamente sus caracterı́sticas sensoriales y/o disminuyendo los costes de producción. Una de
las tecnologı́as emergentes más prometedoras, que pretende conseguir estos objetivos, son los pulsos eléctricos de alto voltaje (PEAV).
El objetivo de este trabajo es revisar la viabilidad de la aplicación industrial de los PEAV para la pasteurización de alimentos lı́quidos
desde un enfoque técnico, ambiental, económico y comercial. Se recogen los principales avances y datos publicados al respecto, ası́
como los desafı́os existentes para la implantación de esta tecnologı́a en la industria alimentaria.
Palabras claves: inactivación microbiana; pulsos eléctricos de alto voltaje; aplicación industrial; aceptación de los consumidores;
coste económico; impacto ambiental
Introducción
Debido a la continua demanda por parte del consumidor de
alimentos sanos, seguros y con unas caracterı́sticas sensoriales
y nutricionales óptimas, la industria alimentaria es uno de los
sectores económicos más dinámicos y exigentes. En un
mercado tan competitivo, una de las estrategias esenciales
para la subsistencia de las empresas alimentarias es la
introducción de nuevas tecnologı́as de procesado que permitan
la mejora de la calidad de los productos existentes o el
desarrollo de otros completamente nuevos. Encuadrado en
este contexto, uno de los principales retos de la industria
alimentaria es la obtención y comercialización de productos
seguros y estables, con propiedades nutricionales y sensoriales
mejoradas o al menos similares a las del producto fresco sin
procesar (da Cruz et al., 2010). Para ello, gran parte del
esfuerzo cientı́fico y técnico se ha focalizado en el estudio de
sistemas no térmicos de conservación, como las altas presiones
hidrostáticas, los ultrasonidos o los pulsos de luz (Gómez-
López, Ragaert, Debevere, & Devlieghere, 2007; Knorr et al.,
2011; Raso, Manas, Pagan, & Sala, 1999). Estas técnicas,
capaces de inactivar microorganismos a temperaturas infer-
iores a las requeridas en el procesado térmico, pretenden evitar
la degradación de los compuestos termosensibles que determi-
nan en gran medida la calidad de los alimentos, manteniendo
unos niveles de seguridad similares a los del calor (Rajkovic,
Smigic, & Devlieghere, 2010). Una de las tecnologı́as más
estudias, y que es considerada a dı́a de hoy como una de las
más prometedoras para la pasteurización de alimentos
lı́quidos, es la aplicación de pulsos eléctricos de alto voltaje
(PEAV) (Barbosa-Cánovas & Altunakar, 2006).
El tratamiento por pulsos eléctricos de alto voltaje se
puede definir como la aplicación intermitente de campos
eléctricos de alta intensidad (1–40 kV/cm) y corta duración
(ms) a un alimento colocado entre dos electrodos (Barbosa-
Cánovas, Fernández-Molina, & Swanson, 2001). Estos
tratamientos producen el fenómeno denominado electro-
poración, consistente en la permeabilización transitoria o
permanente de las membranas, tanto de células eucariotas
como procariotas (Puértolas, Luengo, Álvarez, & Raso,
2012; Teissie, Golzio, & Rols, 2005). La electroporación
irreversible de las formas vegetativas de bacterias, levaduras y
mohos puede provocar su inactivación a temperaturas
inferiores a las que se utilizan en el procesado térmico
convencional (Puértolas, López, Condón, Álvarez, & Raso,
*Corresponding author. Email: epuertolas@azti.es
CyTA – Journal of Food
Vol. 11, No. 1, February 2013, 81–88
ISSN 1947-6337 print/ISSN 1947-6345 online
� 2013 Taylor & Francis
http://dx.doi.org/10.1080/19476337.2012.693542
http://www.tandfonline.com
2010; Saulis, 2010). En cambio, las formas esporuladas de
bacterias y mohos son resistentes a estos tratamientos, por lo
que en consecuencia se ha postulado el uso de los PEAV
únicamente como alternativa a la pasteurización térmica
(Bendicho, Barbosa-Cánovas, & Martı́n, 2002; Pagán,
Esplugas, Góngora-Nieto, Barbosa-Cánovas, & Swanson,
1998). Además, debido a las altas intensidades de tratamiento
necesarias para alcanzar la inactivación microbiana efectiva
(420 kV/cm) y a los problemas técnicos derivados de su
aplicación en productos sólidos (elevada potencia eléctrica
requerida, dificultad de escalado en continuo, etc.), única-
mente es posible su uso a dı́a de hoy en alimentos lı́quidos.
Uno de los pasos previos a la implantación de cualquier
tecnologı́a de conservación en la industria alimentaria es
conocer los principales factores que influyen en la resistencia
microbiana, identificar los microorganismos patógenos más
resistentes y establecer los criterios necesarios para reducir sus
poblaciones a un nivel que garantice la seguridad alimentaria.En los últimos 15 años se ha publicado una gran cantidad de
trabajos sobre los PEAV en los que estos elementos han sido
estudiados en profundidad, originando diversas revisiones y
capı́tulos de libro (Barssoti, Merle, & Cheftel, 1999; Bendicho
et al., 2002; Dunn, 2001;Martı́n-Belloso & Elez-Matı́nez, 2005;
Nafchi, Bhat, & Karim-Alias, 2012; Rastogi, 2003; Saldaña,
Álvarez, Condón, & Raso, in press; Toepfl, Heinz, & Knorr,
2006; Wouters, Álvarez, & Raso, 2001). Sin embargo, la gran
cantidad de equipos y condiciones utilizados por los distintos
grupos de investigación dificulta enormemente la comparación
de los datos y, por lo tanto, la definición de los parámetros de
tratamiento necesarios para la pasteurización de los alimentos
(Barbosa-Cánovas & Altunakar, 2006). En general, la descon-
taminación eficiente requiere intensidades de campo eléctrico
de 20 a 40 kV/cm y una energı́a especifica de 100 a 1000 kJ/kg
(Toepfl, Mathys, Heinz, & Knorr, 2006). Por todo ello, se ha
concluido que, si bien la pasteurización mediante PEAV es
posible, debido a la gran cantidad de factores con efecto crı́tico
en la resistencia microbiana, como el pH del alimento, ası́
como a la elevada variabilidad en la resistencia entre cepas de
la misma especie patógena, la pasteurización comercial
mediante PEAV de un alimento concreto exige realizar un
estudio individualizado, donde se demuestre que el tratamiento
de PEAV permite obtener unos niveles de seguridad al menos
similares a los obtenidos mediante el tratamiento térmico que
pretende remplazar (Saldaña et al., in press). Además, se ha
observado que la eficacia de los tratamientos aumenta cuando
éstos se aplican a células estresadas, especialmente si el estrés
afecta a la integridad de las membranas. Por ello, la
combinación de los PEAV con otras tecnologı́as, como el
calor o la adicción de antimicrobianos, posee grandes
potencialidades para establecer tratamientos comerciales
(Mosqueda-Melgar, Raybaudi-Massilia, & Martı́n-Belloso,
2008; Saldaña, Puértolas, Monfort, Raso, & Álvarez, 2011).
Que una tecnologı́a permita la pasteurización de un
producto no significa que su aplicación industrial sea posible.
Ası́, otro de los pilares fundamentales en los que se asienta la
implantación de cualquier tecnologı́a es el estudio de su
viabilidad técnica, económica y comercial, sin olvidar su
posible impacto ambiental (Pereira & Vicente, 2010; Siegrist,
2008). Sin embargo, debido a que la mayorı́a de estudios
existentes sobre los PEAV se han realizado en laboratorio,
apenas existen trabajos especı́ficos que consideren alguno de
estos factores, y mucho menos estudios que los analicen de
manera global.
El objetivo de esta revisión es recoger los principales
avances y datos publicados sobre estas materias, resaltando
los desafı́os existentes para la implantación de esta tecnologı́a
en la industria con garantı́as de éxito comercial.
Aspectos técnicos de los PEAV
Los parámetros de procesado más importantes que determi-
nan la eficacia de los tratamientos de PEAV son el campo
eléctrico (kV/cm), el tiempo de tratamiento (número de
pulsos multiplicado por su duración) (ms), la energı́a
especı́fica (kJ/kg) y la frecuencia (número de pulsos por
segundo) (Hz) (Barssoti et al., 1999). Los valores máximos
que pueden alcanzar estos parámetros dependen de la
configuración y caracterı́sticas del sistema de PEAV utiliza-
do. Todo equipo posee un diseño básico similar: un
generador de PEAV, una cámara de tratamiento y un sistema
de control y toma de datos del proceso (Min, Evrendilek, &
Zhang, 2007) (Figura 1).
El generador de PEAV está constituido esencialmente
por un generador de corriente eléctrica continua, un
condensador o condensadores, un interruptor y un transfor-
mador del voltaje del pulso (Figure 1). El generador de
corriente eléctrica transforma la corriente alterna de la red
eléctrica en corriente continua. El condensador, o conjunto
de condensadores, almacena dicha energı́a eléctrica cuya
descarga en la cámara de tratamiento se regula a través del
interruptor. En algunas ocasiones, el condensador no es
capaz de almacenar toda la energı́a eléctrica requerida. En
estos casos, un transformador del pulso situado tras el
interruptor aumenta la señal pulsante al voltaje seleccionado.
El interruptor define la forma de los pulsos eléctricos
generados. En los tratamientos de PEAV se utilizan
básicamente dos tipos de pulsos: los de caı́da exponencial y
los de onda cuadrada (de Haan, 2007). Los pulsos de caı́da
exponencial se basan en la descarga completa y no regulada
de los condensadores, lo que provoca un rápido incremento
del voltaje y su posterior disminución exponencial a lo largo
del tiempo. Por su parte, los pulsos de onda cuadrada se
caracterizan porque tras el rápido incremento de voltaje, éste
se mantiene constante durante un determinado periodo de
tiempo y, finalmente, cae de nuevo rápidamente. Por lo tanto,
esta clase de pulsos permite controlar mucho mejor la
duración, la intensidad del campo eléctrico y la energı́a de
los tratamientos (de Haan & Willcock, 2002).
La cámara de tratamiento es el lugar donde se sitúa el
producto para su procesado (Figura 1). Esencialmente consta
de dos electrodos, uno de ellos conectado al generador de
PEAV y el otro a tierra, separados por un material aislante
(Huang & Wang, 2009).
Desarrollo industrial: principales hitos técnicos y estado
actual
Aunque los primeros estudios sobre la aplicación de los
PEAV para inactivar microorganismos son de los años 60, el
paso de la tecnologı́a del laboratorio a la industria se ha
revelado como una ardua tarea. De hecho, el tratamiento en
flujo continuo, un aspecto clave en el escalado de la
tecnologı́a, no fue posible hasta finales de la década de los
años 80 (Huang & Wang, 2009). A partir de ese momento, la
historia de la aplicación industrial de los PEAV está colmada
de altibajos asentados, fundamentalmente, en la falta del
82 E. Puértolas et al.
desarrollo técnico necesario para la aplicación de los
tratamientos a escala comercial a costes asumibles.
Las caracterı́sticas técnicas más importantes de un equipo
de PEAV, como el máximo voltaje y la intensidad de la
corriente, la duración y la forma del pulso y la frecuencia
máxima de trabajo, están determinadas principalmente por el
interruptor y sus caracterı́sticas (Barbosa-Cánovas & Altu-
nakar, 2006). Estos han sido perfeccionados conforme ha
evolucionado la tecnologı́a y la ingenierı́a eléctrica, permi-
tiendo el desarrollo de equipos cada vez más potentes. La
primera generación de sistemas utilizaba interruptores de tipo
spark-gap o similares (tiratrón, ignitrón, etc.), los cuales
originan pulsos de caı́da exponencial. Estos constan de dos
electrodos separados por un gas, generalmente aire. Si la
corriente posee suficiente intensidad, ioniza el gas presente
trasmitiéndose la energı́a eléctrica entre los electrodos a
través de un arco eléctrico, lo que permite la descarga de
pulsos de alto voltaje e intensidad a frecuencias elevadas. Sin
embargo, pueden aplicar un máximo de alrededor de 106
pulsos, lo que se traduce en una vida útil muy corta si se
utilizan frecuencias elevadas.
Más tarde comenzaron a utilizarse los tiristores, como el
rectificador controlado de Silicio (SCR), el diodo para
corriente alterna (DIAC), el triodo para corriente alterna
(TRIAC) o el interruptor unidireccional de apagado por
puerta (GTO). Estos están constituidos por un material
semiconductor que funciona como conductor o como aislante
en función de la temperatura, lo que les confiere una mayor
durabilidad y un mejor control de la descarga de la corriente
eléctrica. Algunos de ellos, como los interruptores GTO, no
sólo permiten la descarga de la corriente sino también
interrumpirla, lo que genera pulsos de onda cuadrada
(Barbosa-Cánovas & Altunakar, 2006). Sin embargo, esta
clase de interruptores no permiten usar frecuencias,intensi-
dades y voltajes tan elevados como los anteriores, por lo que
se utilizaron primordialmente en equipos de laboratorio para
el tratamiento en condiciones estáticas.
Debido a las limitaciones de ambos tipos de interrup-
tores, spark-gap y tiristor, la tecnologı́a no se desarrolló a
nivel comercial durante el siglo XX, aunque hubo dos
intentos reseñables durante sus últimas décadas. Los
primeros equipos para la descontaminación de alimentos
lı́quidos comerciales (Elsteril1) fueron desarrollados por la
empresa KruppMaschinentechnik (Essen, Alemania) en 1985,
en base a los trabajos iniciales de Doevenspeck (Sitzmann &
Münch, 1988). Sin embargo, los altos costes del proceso y el
aumento de temperatura de los productos debidos a la alta
intensidad de los pulsos generados impidieron su éxito
industrial (Toepfl, Heinz, & Knorr, 2007).
Posteriormente, a mediados de los años 90 la empresa
PurePulse Technologies (San Diego, EE.UU.), subsidiaria de
la multinacional Maxwell Technologies (San Diego,
EE.UU.), decidió invertir sus recursos en el desarrollo de
un equipo de PEAV (CoolPure1). Éste permitı́a teóricamente
tratar alimentos lı́quidos utilizando velocidades de flujo de
hasta 2000 L/h. Sin embargo, debido a los decepcionantes
resultados obtenidos a escala de planta piloto y la comple-
jidad del proceso, el desarrollo de equipos se acabó
estancando y en el año 2002 Maxwell decidió cerrar la
compañı́a (Toepfl et al., 2007).
Prácticamente al mismo tiempo que desaparecı́a Pure-
Pulse Technologies, comenzó a extenderse una nueva
tecnologı́a de interruptores de estado sólido, evolución de
los tiristores, los transistores bipolares de puerta aislada
(IGBT, del inglés ‘‘insulated gate bipolar transistor’’). Estos
transistores pueden conectarse en serie (hasta 20) permitien-
do el uso de frecuencias, intensidades y voltajes mucho más
elevados que los tiristores, manteniendo un control óptimo de
la descarga (pulsos de onda cuadrada) (de Haan, 2007).
Además, los IGBT permiten aplicar hasta 1012 pulsos, por lo
que su vida útil es mucho mayor que la de los spark-gap.
Debido a estas ventajas, estos transistores han acabado
imponiéndose al resto de configuraciones, dando lugar a
desarrollos que no eran posibles hasta ahora. Ası́, en los
Figura 1. Esquema general de los principales componentes de un equipo de PEAV.
Figure 1. General scheme of the principal components of standard PEF equipment.
CyTA – Journal of Food 83
últimos diez años el Instituto Alemán de Tecnologı́a
Alimentaria (DIL, Quakenbrück, Alemania) y las empresas
Diversified Technologies Inc. (DTI, Bedford, EE.UU.) y
ScandiNova Systems (Upsala, Suecia) han construido y
comercializado equipos de PEAV de hasta 50 kW de potencia
y hasta 2000 L/h de capacidad. Fruto de ello, en el año 2005
se lanzó la primera aplicación comercial de los PEAV (Clark,
2006). La empresa Genesis Juice Corp. (Eugene, EE.UU.)
comenzó a comercializar zumos de frutas de alta calidad
pasteurizados por PEAV mediante un equipo comercializado
por Diversified Technologies y diseñado por Universidad
Estatal de Ohio (EE.UU.), el llamado sistema OSU-5 (200 L/
h). Estos zumos poseı́an mejores caracterı́sticas sensoriales y
nutricionales que los zumos elaborados mediante pasteuriza-
ción térmica y una vida útil en refrigeración de cuatro
semanas. Sin embargo, por diversos problemas económicos
Genesis Juice Corp. dejó de producir zumos a mediados del
año 2007 y acabó cerrando definitivamente a principios del
año 2008.
Ante la necesidad de aumentar los flujos de producto
para dar respuesta a las exigencias del sector industrial, en los
últimos cinco años están surgiendo nuevos equipos basados en
el llamado generador de Marx. Estos se fundamentan en la
carga en paralelo de varios condensadores de alta capacidad, y
su posterior descarga en serie a través de un sistema de
interruptores, lo que permite construir equipos eléctricos de
alta potencia a costes asumibles. El Instituto Tecnológico de
Karlsruhe (KIT, Karlsruhe, Alemania) fue uno de los primeros
en implementar este tipo de generadores entre los años 2005 y
2008 en equipos de PEAV destinados a mejorar los procesos de
transferencia de masa en la industria alimentaria, como la
extracción de azúcar a partir de remolacha azucarera o la
elaboración de vino (Sack et al., 2010).
Además del aumento de la potencia de los generadores de
PEAV, otro de los instrumentos utilizados para maximizar la
intensidad y homogeneidad de los tratamientos, y aumentar
los flujos de producto, ha sido la optimización del diseño y
geometrı́a de la cámara de tratamiento (Meneses, Jaeger,
Moritz, & Knorr, 2011). Mientras que los primeros equipos
únicamente podı́an tratar pequeñas cantidades de producto
en cámaras estáticas, la evolución tecnológica de los
generadores de PEAV ha permitido que sea posible tratar
alimentos lı́quidos utilizando cámaras de flujo continuo. De
manera simplificada, es posible agrupar los principales
diseños de cámaras de flujo continuo en tres categorı́as
diferentes: electrodos paralelos, diseño coaxial y diseño
colineal (Barbosa-Cánovas & Altunakar, 2006) (Figura 2).
El diseño colineal es el más generalizado ya que reduce
considerablemente la superficie de los electrodos y, en
consecuencia, las necesidades de intensidad de corriente
(Dunn, 2001). Además, su sección circular permite un fácil
acoplamiento de la cámara a las conducciones industriales.
Sin embargo, su principal desventaja es que la distribución
del campo eléctrico en la zona de tratamiento no es uniforme.
Esto ha de ser tenido en cuenta al definir las condiciones de
procesado, ya que hay que garantizar que todo el alimento
recibe el tratamiento mı́nimo adecuado (Meneses et al.,
2011). Atendiendo a ello, en la última década se ha
generalizado el uso de métodos numéricos de simulación
para mejorar el diseño de este tipo de cámaras, tendiendo en
cuenta tanto la distribución del campo eléctrico y la
temperatura como las caracterı́sticas del flujo de producto
(Buckow, Schroeder, Berres, Baumann, & Knoerzer, 2010;
Fiala, Wouters, van den Bosch, & Creyghton, 2001; Gerlach
et al., 2008; Jaeger, Meneses, & Knorr, 2009; Lindgren,
Aronsson, Galt, & Ohlsson, 2002).
Además del diseño, otro aspecto fundamental de las
cámaras de tratamiento es la elección de los materiales
utilizados en su fabricación. Éstos, tanto en los electrodos
como en los aislantes, no deben interaccionar con los
productos que se tratan y se deben poder limpiar con
facilidad (Zhang, Barbosa-Cánovas, & Swanson, 1995).
Algunos de los materiales recomendados para la fabricación
de los electrodos son el acero inoxidable, el grafito o el
titanio, mientras que para el aislante, cerámicas o polı́meros
plásticos. Sin embargo, debido a la transmisión de la
corriente eléctrica entre los electrodos siempre existe cierto
paso de moléculas del electrodo al alimento y viceversa
(Morren, Roodenburg, & de Haan, 2003; Rodenburg,
Morren, Berg, & de Haan, 2005a, 2005b). Ası́, en la
actualidad se está investigando el uso de recubrimientos de
diversos materiales plásticos o cerámicos para evitar, o al
menos minimizar, esta clase de problemas (Pizzichemi, 2009;
Rodenburg et al., 2010).
Paralelamente al progreso tecnológico, en los últimos
años se ha puesto de manifiesto el importante efecto sinérgico
de los PEAV y la temperatura, incluso a temperaturas no
letales (Heinz, Toepfl, & Knorr, 2003; Saldaña et al., 2010,
2011; Sepúlveda, Góngora-Nieto, San-Martı́n, & Barbosa-
Cánovas, 2005; Toepfl, Heinz, et al., 2006). Según los datos
publicados hasta la fecha, el uso combinado de temperaturas
y tratamientos de PEAV moderados (50–708C; 20–25 kV/
cm, 5150 kJ/kg) podrı́a ser suficiente para garantizar la
pasteurización de alimentos lı́quidos (Saldaña et al., 2011).
Esta baja intensidad de tratamiento permite mejorar los
flujos de producto, lo que unido al aumento de la potencia delos equipos y la optimización de los diseños de las cámaras de
tratamiento, está permitiendo acercarse cada vez más a los
requerimientos industriales (Bermúdez-Aguirre & Barbosa-
Figura 2. Principales diseños de cámaras de tratamiento de flujo
continuo: diseño de electrodos paralelos (A), diseño coaxial (B) y
diseño colineal (C). Las flechas indican la entrada y la salida del
producto. Gris oscuro: electrodos. Gris claro: producto. Zonas
rayadas: material aislante.
Figure 2. Schematic configurations of the most used PEF continuous
treatment chambers: parallel electrodes (A), coaxial (B), and co-
linear (C). Arrows indicate the product inlet and outlet. Dark gray:
electrodes. Light gray: product. Hatched areas: insulating material.
84 E. Puértolas et al.
Cánovas, 2011). Por ejemplo, el Instituto Alemán de
Tecnologı́a Alimentaria (DIL) ha comenzado a comercializar
en el año 2011 un sistema de 80 kW para inactivación
microbiana, que permite procesar hasta 5000 L/h, en función
de la cámara y de las condiciones de tratamiento (Toepfl,
2011). La combinación de los PEAV a temperaturas
moderadas con otras técnicas, como los compuestos anti-
microbianos (Mosqueda-Melgar et al., 2008; Saldaña et al.,
2011), podrı́a permitir disminuir más si cabe la intensidad de
los tratamientos de PEAV necesarios, mejorando el flujo del
producto por encima de esos 5000 L/h. En cualquier caso,
aunque se puede concluir que a nivel técnico la aplicación de
los PEAV a escala comercial es posible, antes de plantear su
uso generalizado hay diversos factores que deberı́an ser
estudiados con mayor profundidad, como la minimización
del paso de sustancias de los electrodos al alimento y la
mejora del diseño de las cámaras de tratamiento para
garantizar la homogeneidad del procesado (Barbosa-Cáno-
vas Ghani-Abaali, Juliano, & Knoerzer, 2011; Martı́n-
Belloso & Elez-Matı́nez, 2005).
Impacto ambiental
En la actualidad apenas existen estudios sobre el impacto
ambiental que podrı́a tener el uso de esta tecnologı́a (Pereira &
Vicente, 2010). En cualquier caso, se estima que los PEAV es
uno de los procesos de conservación emergentes más respe-
tuosos con el ambiente, ya que únicamente consume corriente
eléctrica y no genera ningún tipo de producto de desecho
(emisión de CO2, productos de combustión, etc.). En el caso de
la combinación de los PEAV con temperaturas moderadas,
habrı́a que tener en cuenta en los estudios la necesidad de
precalentar el productomediante sistemas tradicionales (uso de
combustibles fósiles). Sin embargo, en ciertas condiciones esta
fase de precalentamiento no tendrı́a un impacto muy alto o
incluso no serı́a necesaria, ya que el calor generado por el
propio tratamiento de PEAV debido al calentamiento óhmico
del producto, podrı́a ser suficiente para alcanzar la temper-
atura de tratamiento (Saldaña et al., 2011).
Siempre que el proceso esté optimizado, se considera que
los PEAV permiten ahorrar energı́a respecto a los tratamien-
tos térmicos convencionales (Toepfl, Mathys, et al., 2006).
Por ejemplo, se ha calculado que la energı́a especı́fica
necesaria para la pasteurización de la leche mediante PEAV
se sitúa entre los 110 y los 200 kJ/L, lejos de los alrededor de
300 kJ/L necesarios para la pasteurización HTST (Sobrino-
López & Martı́n-Belloso, 2010). Es cierto que estos 300 kJ/L
pueden reducirse hasta en un 80–95% gracias a los procesos
de recuperación de energı́a, pero también lo es que en el caso
de los PEAV combinados con temperaturas moderadas se
podrı́an utilizar equipos de recuperación similares (Toepfl
Mathys, et al., 2006). Asimismo, dado que la temperatura a
utilizar serı́a inferior (alrededor de 608C), también podrı́a
producirse un ahorro energético indirecto, al requerir menos
energı́a de enfriamiento que en la pasteurización HTST.
Lung, Masanet y Mckane (2006) publicaron uno de los
pocos estudios hasta la fecha sobre el impacto ambiental que
podrı́a tener esta tecnologı́a. Los autores estimaron el
impacto que supondrı́a la sustitución de los tratamientos
térmicos de pasteurización por la tecnologı́a de los PEAV en
la producción de zumo de naranja en EE.UU. Calcularon
que esta tecnologı́a potencialmente permitirı́a ahorrar al año
entre 15 y 36 GWh de electricidad (entre un 10 y 18% del
total) y entre 790,76 y 1096,52 TJ en equivalentes en
combustibles fósiles (el 100% del total, al utilizar sólo
electricidad). Este ahorro se traducirı́a además en una
reducción de la emisión de CO2 a la atmósfera de 35–66 kt
al año, lo que equivale a las emisiones anuales de entre 7800 y
14500 automóviles. Sin embargo, la inexistencia de datos a
nivel piloto o industrial que avalaran dichas estimaciones
obliga a tomar con cautela estas conclusiones. Ası́, para
poder valorar realmente el impacto ambiental de la
tecnologı́a de los PEAV, serı́a necesaria la realización de
estudios en base a datos obtenidos al menos a escala piloto.
Además, debido a que la pasteurización mediante PEAV de
cada producto exige una determinada intensidad de trata-
miento (Saldaña et al., in press), estos estudios deberı́an de
ser especı́ficos para cada aplicación, y no podrı́an extra-
polarse a otros alimentos.
Viabilidad económica y comercial
Cualquier estudio económico que se realice sobre una nueva
tecnologı́a es sumamente complicado, pudiendo quedarse
desfasado en poco tiempo. Ello se debe a que depende por un
lado del valor añadido que la tecnologı́a aporta al producto
(difı́cil de calcular), y por otro de los costes económicos
derivados de la compra de los equipos y de la propia
producción. Estos últimos pueden ser muy variables, ya que
dependen a su vez de las condiciones locales (coste de agua,
luz, mano de obra, ingredientes, transporte, etc.). Además,
hay que tener en cuenta que, una vez que una nueva
tecnologı́a comienza a aplicarse, su coste cae debido al
desarrollo industrial de la misma (producción en serie de
equipos, optimización del proceso, etc.).
Cuando hablamos de la viabilidad económica de una
nueva tecnologı́a en la industria, el primer dato a valorar es la
inversión necesaria para la compra del equipo (Barbosa-
Cánovas & Altunakar, 2006). En los primeros estudios
realizados, y ante la inexistencia de equipos que superaran
los 1000 L/h, se estimó que el coste de un sistema de PEAV de
escala industrial serı́a alto, debido a la gran potencia necesaria
para conseguir los elevados requerimientos energéticos del
tratamiento de PEAV sin el uso de temperaturas moderadas
(pueden llegar hasta los 700 kJ/kg). Ası́, Braakman (2003)
valoró su coste en 2–4 millones de euros en función de su
capacidad (5000–10000 L/h). En otro trabajo, Toepfl, Heinz,
et al. (2006) consideró que su coste podrı́a ser incluso mayor,
del orden de los 5,8 millones de euros. A pesar de estas
estimaciones poco halagüeñas, el uso combinado de temper-
aturas moderadas (50–708C) y tratamientos de PEAV
moderados (20–25 kV/cm; 5150 kJ/kg), unido a la mayor
potencia de los equipos, ha permitido que el coste actual de un
sistema comercial de 5000 L/h sea incluso inferior a los
500000 e . Además, es esperable que el desarrollo de la
tecnologı́a permita disminuir más si cabe esta cifra, por lo que
desde el punto de vista de la inversión inicial necesaria, la
aplicación de los PEAV para pasteurizar alimentos lı́quidos en
un futuro cercano deberı́a ser una opción a tener en cuenta.
Debido a la ausencia de datos a nivel industrial, hasta la
fecha los estudios sobre el coste económico de los tratamientos
de pasteurización mediante PEAV se han basado en datos
obtenidos, como mucho, a nivel de planta piloto. Ası́, en uno
de los primeros estudios detallados se evaluó el coste total
(incluyendo amortización del equipo, mantenimiento, etc.) de
un tratamiento de PEAVde 50–700 kJ/kg en 0,008–0,113 e /kg
CyTA – Journal of Food 85
(10000 kg/h; precio del kWh: 0,10 e; siete años de amortización
del equipo; 1875 horas/año) (Toepfl,Heinz, et al., 2006). En
otro estudio anterior llevado a cabo por el EPRI (Electronic
Power Research Institute, Palo Alto, EE.UU.), los costes
operacionales de un equipo planta piloto para pasteurizar se
tasaron en 0,2 $/L (Góngora-Nieto, Sepúlveda, Pedrow,
Barbosa-Cánovas, & Swanson, 2002). Por su parte, la
Universidad Estatal de Ohio (OSU) estimó que el coste de
los tratamientos para un equipo escala semi-industrial (1000–
5000 L/h) serı́a de entre 0,03 y 0,07 $/L (http://ohioline.o-
su.edu/fse-fact/pdf/0002.pdf). En estos dos últimos casos, los
autores no presentaron ningún desglose del gasto ni las
condiciones utilizadas para su cálculo (precio del kWh,
amortización, etc.). En cualquier caso, las cifras obtenidas en
todos estos estudios son muy superiores a los costes de los
tratamientos térmicos: se estima que la pasteurización de
zumos, teniendo en cuenta los sistemas de recuperación de
energı́a (95% de eficiencia), cuesta alrededor de 0,0002 e/L
(Toepfl, Heinz, et al., 2006). Además de esta diferencia, los
costes estimados descritos tienen en cuenta únicamente los
factores relacionados con el tratamiento de PEAV (energı́a
eléctrica necesaria, mantenimiento, amortización del equipo,
etc.). En el caso de que el tratamiento se quisiera aplicar a
temperaturas bajas ( 5 408C) habrı́a que sumar a estas cifras
los gastos del sistema de refrigeración, que podrı́an ser muy
elevados. Por ejemplo, Góngora-Nieto, Pedrow, Swanson y
Barbosa-Cánovas (2003) publicaron que para pasteurizar
huevo lı́quido mediante PEAV serı́a necesaria una energı́a de
375 kJ/L. Sin embargo, si a este valor se le sumara la energı́a
necesaria para mantener la temperatura del producto por
debajo de 408C, los autores indicaron que el gasto energético
total se dispararı́a hasta 714 kJ/L. Por lo tanto, el
tratamiento de los alimentos mediante PEAV a bajas
temperaturas únicamente cobrarı́a sentido si el valor añadido
del producto final fuera lo suficientemente alto (Toepfl,
Heinz, et al., 2006).
Dentro de los estudios realizados valorando el uso
combinado de los PEAV con temperaturas moderadas, quizá
el más detallado sea el realizado por el Instituto Alemán de
Tecnologı́a Alimentaria (DIL) para el tratamiento de bebidas
mediante dos de sus equipos comercializados, en base a unos
flujos de 360 kg/h para el de 5 kW y de 2160 kg/h para el de
30 kW (Tabla 1). En este caso, la energı́a especı́fica utilizada
para llevar a cabo los cálculos fue de 50 kJ/kg. Con esta
energı́a, y entrando el producto en la cámara de tratamiento
a 558C, se consiguen más de cinco ciclos logarı́tmicos de
inactivación en Staphylococcus aureus o Escherichia coli
(Toepfl, 2011). Como se observa en la Tabla 1, para una
misma energı́a de 50 kJ/kg, el coste estimado total utilizando
el equipo de mayor capacidad (30 kW; 2160 kg/h) es un 22%
inferior al obtenido anteriormente por Toepfl, Heinz, et al.
(2006) para el mismo nivel energético. Estas diferencias
podrı́an ser incluso superiores si se tiene en cuenta que el
precio del kWh se ha incrementado en los últimos cinco años
alrededor de un 15%, y que el periodo de amortización
propuesto por el DIL es inferior (cinco años en vez de siete).
Además, como el coste estimado por kg es inferior en el
equipo de mayor capacidad y potencia, es esperable que el
escalado del proceso permita disminuir más si cabe el coste de
la tecnologı́a. A pesar de que estos datos son altamente
prometedores, es necesario considerar que a estos gastos
habrı́a que añadir los costes del pretratamiento térmico y de
la refrigeración del producto tras el tratamiento PEAV. Por
ello, es necesario la realización de estudios exhaustivos que
valoren el coste real total de estos tratamientos teniendo en
cuanta todos los gastos operacionales.
Para determinar la rentabilidad real de los PEAV,
además del coste que supone el propio tratamiento (precio/
L), es necesario conocer el posible valor añadido de los
productos procesados, debido a sus mejores cualidades
sensoriales y nutricionales. Es decir, un procesado novedoso
puede ser más caro que los sistemas convencionales, pero
incrementar el valor añadido del producto, pudiendo este
compensar ese sobrecoste gracias a un mayor precio de venta.
En este sentido, Chern, Kaneko y Tarakcioglu (2003)
estudiaron lo que estarı́an dispuestos a pagar los consumi-
dores por un zumo de naranja en función de sus caracter-
ı́sticas y del procedimiento utilizado para obtenerlo. El precio
del zumo producido por PEAV se situó en 1,31 $/L, siendo
mucho más alto que el del zumo obtenido térmicamente a
partir de naranjas frescas o de concentrado, 1,03 $/L y 0,69 $/
L respectivamente, y algo inferior al precio del zumo fresco
recién exprimido, 1,42 $/L. Según estos datos, el incremento
en precio debido al valor añadido que los PEAV podrı́an
aportar al zumo de naranjas frescas tratado térmicamente se
situarı́a en torno al 27%.
Aunque una tecnologı́a permita obtener un producto de
mayor valor añadido o disminuir los costes de producción, su
éxito depende en gran medida de su aceptación por parte del
consumidor (Siegrist, 2008). A pesar de que actualmente no
existe ningún producto comercial tratado por PEAV, se han
desarrollado varios estudios al respecto utilizando diversas
metodologı́as: encuestas, entrevistas individualizadas, debates
en grupo, etc. (Cardello, Schutz, & Lesher, 2003, 2007;
Mireaux, Cox, Cotton, & Evans, 2007; Nielsen et al., 2009;
Olsen, Grunert, & Sonne, 2010; Sonne et al., 2012). Como era
de esperar, los resultados muestran que el consumidor evalúa
en general positivamente los PEAV al tratarse de una
tecnologı́a respetuosa con el ambiente y que permite conseguir
productos con mejores caracterı́sticas sensoriales que los
obtenidos mediante los procesos convencionales (Nielsen
et al., 2009). Sin embargo, se ha observado que muchos
consumidores asocian los PEAV con la electricidad y con
ciertas tecnologı́as como la irradiación o las microondas,
mostrándose preocupados por los posibles efectos perjudi-
ciales para la salud que podrı́an tener estos alimentos
(Cardello et al., 2007; Nielsen et al., 2009). Por lo tanto,
para que un producto tratado por PEAV tenga éxito en el
mercado, es necesario proporcionar la información adecuada
para concienciar al consumidor de la seguridad de la
tecnologı́a. En algunos trabajos, los consumidores muestran
además cierto escepticismo sobre si las posibles ventajas de
estos productos a nivel sensorial pueden o no compensar su
Tabla 1. Costes estimados ( e /kg) de un tratamiento de PEAV (30
kV/cm; 50 kJ/kg) en función de la potencia del equipo (kW).
Table 1. Estimated costs ( e /kg) of a PEF treatment (30 kV/cm; 50
kJ/kg) in function of the power of the equipment (kW).
Amortización Mantenimiento Energı́a Total
5 kW 0,00821 0,00205 0,00208 0,01234
30 kW 0,00337 0,00084 0,00208 0,00629
Coste del kWh: 0,12 e; amortización: cinco años, Horas de trabajo: 4400 h/
año. Obtenido de http://www.dil-ev.de/fileadmin/user_upload/pdf/elcrack_
brochure.pdf.
86 E. Puértolas et al.
http://ohioline.osu.edu/fse-fact/pdf/0002.pdf)
http://ohioline.osu.edu/fse-fact/pdf/0002.pdf)
http://www.dil-ev.de/fileadmin/user_upload/pdf/elcrack_brochure.pdf
http://www.dil-ev.de/fileadmin/user_upload/pdf/elcrack_brochure.pdf
posible aumento de precio, lo que afecta negativamente a su
percepción de la tecnologı́a (Butz et al., 2003; Cardello et al.,
2003; Chern et al., 2003; Olsen et al., 2010). Esta cuestión
podrı́a aclararse si, además de la realización de esta clase de
estudios, se llevaran a cabo paralelamente evaluaciones
sensoriales de los productos tratados por PEAV.
Conclusiones
A pesar de los reveses sufridos en los primeros años de la
tecnologı́a, cada dı́a está más cerca la aplicación de los PEAV
con garantı́a de éxito industrial. Es esperable que el aumento
de la potencia de los equipos debido a la nueva generación de
interruptores y generadores permita en pocos años la
aplicaciónde tratamientos de pasteurización a flujos incluso
superiores a los 10000 L/h. Sin embargo, hay ciertos aspectos
técnicos que deben ser investigados en profundidad pre-
viamente a la generalización de la tecnologı́a a nivel
industrial, como el desarrollo de cámaras de tratamiento de
diseño optimizado para garantizar la homogeneidad del
tratamiento, y la minimización del paso de componentes de
los electrodos a los alimentos mediante la mejora de los
materiales de construcción.
La implantación industrial de los PEAV requiere, además
de que sea técnicamente factible, que ésta sea viable desde un
punto de vista ambiental, económico y comercial. A la vista de
los datos publicados en la literatura, los tratamientos de
PEAV, siempre que estén optimizados, podrı́an aportar
ventajas frente a los tratamientos térmicos convencionales.
Sin embargo, la gran mayorı́a de estos trabajos son generales o
se basan en datos obtenidos a escala de laboratorio, por lo que
no permiten obtener conclusiones sólidas. Por ello, aunque los
datos publicados hasta la fecha sean prometedores, antes de
implantar la tecnologı́a en cualquier lı́nea de producción serı́a
necesario realizar estudios individualizados para cada pro-
ducto, sobre el impacto ambiental y la rentabilidad real del
proceso de PEAV planteado, respecto al tratamiento térmico
de pasteurización que pretende sustituir (costes Vs valor
añadido), sin olvidar la mayor o menor aceptación por parte
del consumidor del nuevo producto obtenido.
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